KR100672644B1 - Color Filter and Transmissive liquid Crystal Display Device Using the same - Google Patents

Color Filter and Transmissive liquid Crystal Display Device Using the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 계열의 광 결정구(Photonic crystal ball)가 소정 파장의 광을 반사시키는 성질을 이용하여 소정 파장을 제외한 나머지 광을 반사시키도록 광 결정구로 이루어진 투과형 칼라 필터와, 상기 칼라 필터를 이용하여 광 효율을 높여 백 라이트의 소비전력을 감소시키는 투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다. The present invention utilizes a transmission type color filter made of photonic crystal spheres to reflect light except for a predetermined wavelength by using a property in which a nano-based photonic crystal ball reflects light having a predetermined wavelength, and using the color filter. The present invention relates to a transmissive liquid crystal display device that increases light efficiency and reduces power consumption of a backlight.

여기서, 칼라 필터는 소정 파장을 투과시키기 위해 상기 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들을 포함하여 이루어진 필터부를 각 소정 파장별로 구비한 것을 특징으로 하며, 이를 이용한 투과형 액정 표시 장치는 서로 대향되는 상하부 기판과, 상기 하부 기판 상에 서로 교차하여 형성되어 복수개의 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인의 각 교차부에 형성된 복수개의 박막 트랜지스터와, 상기 복수개의 화소 영역 각각에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 형성된 복수개의 화소 전극과, 상기 상부 기판 상에 상기 각 박막 트랜지스터를 가리도록 형성된 차광층과, 상기 화소 전극에 대응하여 상기 차광층을 포함한 상부 기판 상에 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 이루어진 필터부를 각 소정 파장별로 순차적으로 구비한 칼라 필터와, 상기 차광층 및 칼라 필터를 포함한 상부 기판 전면에 형성된 공통 전극 및 상기 상하부 기판 사이에 액정층을 포함하여 이루어짐을 그 특징으로 한다.The color filter may include a filter unit including light crystal spheres for reflecting light having a wavelength other than the predetermined wavelength in order to transmit a predetermined wavelength for each predetermined wavelength. Upper and lower substrates facing each other, a plurality of gate lines and data lines formed to cross each other on the lower substrate to define a plurality of pixel regions, and a plurality of thin films formed at respective intersections of the plurality of gate lines and data lines. A transistor, a plurality of pixel electrodes electrically connected to the thin film transistors in each of the plurality of pixel regions, a light blocking layer formed to cover the thin film transistors on the upper substrate, and the light blocking corresponding to the pixel electrodes A predetermined wavelength on the upper substrate including the layer A liquid crystal layer between a color filter including a filter unit made of photonic crystal spheres for reflecting light of the remaining wavelengths, for each predetermined wavelength, a common electrode formed on the front surface of the upper substrate including the light blocking layer and the color filter, and the upper and lower substrates. It is characterized by that including the made.

칼라 필터, 투과형 액정 표시 장치, 광 결정구Color filter, transmissive liquid crystal display, photonic crystal ball

Description

칼라 필터 및 이를 이용한 투과형 액정 표시 장치{Color Filter and Transmissive liquid Crystal Display Device Using the same}Color filter and transmissive liquid crystal display device using the same

도 1은 종래의 투과형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도1 is a plan view showing a conventional transmissive liquid crystal display device

도 2는 도 1의 I~I' 선상의 단면도FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 투과형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도3 is a plan view showing a transmissive liquid crystal display of the present invention.

도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도4 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.

도 5는 본 발명의 투과형 액정 표시 장치에 이용되는 칼라 필터층을 개략적으로 나타낸 단면도5 is a cross-sectional view schematically showing a color filter layer used in the transmissive liquid crystal display of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

30 : 하부 기판 31 : 게이트 라인30 lower substrate 31 gate line

31a : 게이트 전극 32 : 데이터 라인31a: gate electrode 32: data line

32a, 32b : 소오스/드레인 전극 33 : 화소 전극32a, 32b: source / drain electrodes 33: pixel electrodes

34 : 반도체층 35 : 게이트 절연막34 semiconductor layer 35 gate insulating film

36 : 보호막 40 : 상부 기판36: protective film 40: upper substrate

41 : 차광층 42 : 칼라 필터41: light shielding layer 42: color filter

42a, 42b, 42c : 필터부 43 : 오버코트층42a, 42b, 42c: filter portion 43: overcoat layer

50 : 액정층50: liquid crystal layer

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 나노 계열의 광 결정구가 소정 파장의 광을 반사시키는 성질을 이용하여 소정 파장을 제외한 나머지 광을 반사시키도록 광 결정구로 이루어진 칼라 필터와, 상기 칼라 필터를 이용하여 광 효율을 높여 백 라이트의 소비전력을 감소시키는 투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device. In particular, a color filter including a photonic crystal sphere for reflecting light other than a predetermined wavelength using a property of reflecting light of a predetermined wavelength by a nano-based photonic crystal sphere, and the color filter The present invention relates to a transmissive liquid crystal display device which improves light efficiency by using and reduces power consumption of a backlight.

정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.As the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms, and in recent years, liquid crystal display devices (LCDs), plasma display panels (PDPs), electro luminescent displays (ELD), and vacuum fluorescent (VFD) Various flat panel display devices such as displays have been studied, and some of them are already used as display devices in various devices.

그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.Among them, LCD is the most widely used as the substitute for CRT (Cathode Ray Tube) for mobile image display device because of its excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption. In addition to the use of the present invention has been developed in various ways such as a television and a computer monitor for receiving and displaying broadcast signals.

이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘 도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.In order to use such a liquid crystal display as a general screen display device in various parts, it is a matter of how high quality images such as high definition, high brightness and large area can be realized while maintaining the characteristics of light weight, thinness and low power consumption. can do.

일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.A general liquid crystal display device may be largely divided into a liquid crystal panel displaying an image and a driving unit for applying a driving signal to the liquid crystal panel, wherein the liquid crystal panel includes first and second glass substrates bonded to each other with a predetermined space; It consists of a liquid crystal layer injected between the said 1st, 2nd glass substrate.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.Here, the first glass substrate (TFT array substrate) has a plurality of gate lines arranged in one direction at regular intervals, a plurality of data lines arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the gate lines, A plurality of pixel electrodes formed in a matrix form in each pixel region defined by crossing a gate line and a data line, and a plurality of thin film transistors switched by signals of the gate line to transfer the signal of the data line to each pixel electrode. Is formed.

그리고, 제 2 유리 기판(칼라 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.The second glass substrate (color filter substrate) includes a light shielding layer for blocking light in portions other than the pixel region, an R, G, and B color filter layers for expressing color colors, and a common electrode for implementing an image. Is formed.

상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.The driving principle of the general liquid crystal display device uses the optical anisotropy and polarization property of the liquid crystal. Since the liquid crystal is thin and long in structure, the liquid crystal has directivity in the arrangement of molecules, and the direction of the arrangement of molecules can be controlled by artificially applying an electric field to the liquid crystal.

따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열 이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.Accordingly, when the molecular arrangement direction of the liquid crystal is arbitrarily adjusted, the molecular arrangement of the liquid crystal is changed, and light is refracted in the molecular arrangement direction of the liquid crystal by optical anisotropy to express image information.

현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.Currently, an active matrix LCD, in which a thin film transistor and pixel electrodes connected to the thin film transistor are arranged in a matrix manner, is attracting the most attention due to its excellent resolution and ability to implement video.

이와 같은 액정 표시 장치는 외부 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치와 외부 광원 대신 자연광을 이용한 반사형 액정 표시 장치로 구분될 수 있다. Such a liquid crystal display may be classified into a transmissive liquid crystal display displaying an image using an external light source and a reflective liquid crystal display using natural light instead of the external light source.

이 중 투과형 액정 표시장치는 액정 패널 하부에 구성하는 백 라이트의 휘도에 따라 밝기를 조절할 수 있어, 소비 전력만 유지된다면 임의적으로 화상 구현이 가능하여, 모니터 등의 디스플레이 장치에 주로 이용되고 있다.Among them, the transmissive liquid crystal display device may adjust brightness according to the luminance of the backlight disposed under the liquid crystal panel, and thus, if only power consumption is maintained, an image may be arbitrarily implemented, and thus it is mainly used for a display device such as a monitor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 투과형 액정 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional transmissive liquid crystal display will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 투과형 액정 표시 장치의 평면도이며, 도 2는 I~I' 선상의 구조 단면도이다.1 is a plan view of a conventional transmissive liquid crystal display, and FIG. 2 is a structural cross-sectional view taken along line II ′.

도 1 및 도 2와 같이, 종래의 투과형 액정 표시 장치는 크게, TFT 어레이가 형성되는 하부 기판(10)과, 칼라 필터 어레이가 형성되는 상부 기판(20) 및 상하부 기판(10, 20) 사이에 충진되는 액정층(25)으로 이루어진다.1 and 2, a conventional transmissive liquid crystal display device is largely disposed between a lower substrate 10 on which a TFT array is formed, and an upper substrate 20 and an upper and lower substrates 10 and 20 on which a color filter array is formed. The liquid crystal layer 25 is filled.

도 1과 같이, 하부 기판(10)에는 게이트 전극(11a)이 돌출되어 형성된 게이트 라인(11)과, 이와 수직으로 교차하며 소오스/드레인 전극(12a, 12b)이 형성되는 데이터 라인(12)과, 상기 게이트 라인(11) 및 데이터 라인(12)으로 정의되는 화소 영역에 화소 전극(13)을 구비하여 형성된다. 여기서, 상기 게이트 전극(11a) 상부에는 채널 영역이 정의된 반도체층(14)이 형성되며, 상기 반도체층(14)의 채널 영역 양측과 연결되는 소오스/드레인 전극(12a, 12b)이 형성된다.As shown in FIG. 1, the lower substrate 10 includes a gate line 11 protruding from the gate electrode 11a, a data line 12 perpendicularly intersecting the gate line 11a, and a source / drain electrode 12a and 12b. The pixel electrode 13 is formed in the pixel area defined by the gate line 11 and the data line 12. Here, a semiconductor layer 14 having a channel region defined thereon is formed on the gate electrode 11a, and source / drain electrodes 12a and 12b connected to both sides of the channel region of the semiconductor layer 14 are formed.

그리고, 도 2와 같이, 상기 게이트 전극(11a) 및 게이트 라인(11)을 포함한 하부 기판(10) 전면에 게이트 절연막(15)을 형성시켜, 상기 반도체층(14)과 게이트 전극(11a)을 절연시킨다. As shown in FIG. 2, the gate insulating layer 15 is formed on the entire surface of the lower substrate 10 including the gate electrode 11a and the gate line 11 to form the semiconductor layer 14 and the gate electrode 11a. Insulate.

또한, 상기 소오스/드레인 전극(12a, 12b) 및 데이터 라인(12)을 포함한 하부 기판(10) 전면에 보호막(16)을 형성시키고, 상기 드레인 전극(12b)의 소정 부분이 노출되도록 접속홀을 형성하여, 이어 형성되는 화소 전극(13)과 상기 드레인 전극(12b)이 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, a passivation layer 16 is formed on the entire surface of the lower substrate 10 including the source / drain electrodes 12a and 12b and the data line 12, and the connection hole is exposed to expose a predetermined portion of the drain electrode 12b. The pixel electrode 13 and the drain electrode 12b are formed to be electrically connected to each other.

여기서, 상기 게이트 절연막(15)과 상기 보호막(16)의 성분은 SiOx, SiNx 등의 무기 절연막 또는 포토 아크릴(PhotoAcryl) 또는 BCB(BenzoCycloButene), 폴리아미드(Polyamide) 화합물 등의 유전율이 낮은 유기 절연막 모두 형성 가능하다.The gate insulating layer 15 and the protective layer 16 may be formed of an inorganic insulating layer such as SiOx or SiNx, or an organic insulating layer having a low dielectric constant such as photoacryl or BCB (BenzoCycloButene) or polyamide compound. It is possible to form.

상기 상부 기판(20)에는 상기 화소 이외의 영역을 가리는 차광층(21)과, 상기 화소 전극(13)에 대응되는 칼라 필터층(22)과, 상기 칼라 필터층(22)을 포함한 상부 기판(20)에 전면에 형성된 공통 전극(23)을 포함하여 이루어진다.The upper substrate 20 includes a light blocking layer 21 covering an area other than the pixel, a color filter layer 22 corresponding to the pixel electrode 13, and an upper substrate 20 including the color filter layer 22. It includes a common electrode 23 formed on the front.

일반적으로 투과형 액정 표시 장치는 내부 광원으로 백 라이트를 이용하고 있는데, 종래의 투과형 액정 표시 장치에 이용되는 상기 칼라 필터(22)는 흡수형의 안료 또는 염료로 이루어져 있기 때문에, 상기 백 라이트에서 100의 광량을 출력할 경우, 상기 칼라 필터(22)에서는 소정 파장의 광만을 투과시키므로, 소정 파장의 광이 칼라 필터(22)의 R, G, B 영역별 각각 33의 광량만큼 투과된다.In general, the transmissive liquid crystal display uses a backlight as an internal light source. Since the color filter 22 used in the conventional transmissive liquid crystal display is made of an absorption type pigment or dye, When outputting the light amount, the color filter 22 transmits only light of a predetermined wavelength, so that light of a predetermined wavelength is transmitted by the amount of 33 light for each of the R, G, and B regions of the color filter 22.

상기와 같은 종래의 투과형 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional transmissive liquid crystal display device has the following problems.

동작시 고전압이 요구되는 백 라이트의 특성상 효율을 최적화하여 표시에 백 라이트로부터 출사된 광을 최대한 이용할 필요가 있다. 그런데, 종래의 투과형 액정 표시 장치에 이용되는 흡수형 칼라 필터로서는 광 효율을 높이는데 한계가 있기 때문에, 새로운 칼라 필터의 개발이 요구되어진다.Due to the characteristics of the backlight requiring high voltage during operation, it is necessary to optimize the efficiency to maximize the light emitted from the backlight for display. By the way, the absorption type color filter used for the conventional transmissive liquid crystal display device has a limit in increasing light efficiency, and therefore, development of a new color filter is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 나노 계열의 광 결정구가 소정 파장의 광을 반사시키는 성질을 이용하여 소정 파장을 제외한 나머지 광을 반사시키도록 광 결정구로 이루어진 칼라 필터와, 상기 칼라 필터를 이용하여 광 효율을 높여 백 라이트의 소비전력을 감소시키는 투과형 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and the color filter made of a photonic crystal sphere to reflect the remaining light except a predetermined wavelength by using a property of the nano-based photonic crystal reflects light of a predetermined wavelength, SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a transmissive liquid crystal display device which reduces light power consumption by increasing light efficiency by using the color filter.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 칼라 필터는 소정 파장을 투과시키기 위해 상기 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들을 포함하여 이루어진 필터부를 각 소정 파장별로 구비한 것에 그 특징이 있다.The color filter of the present invention for achieving the above object is provided with a filter unit for each predetermined wavelength including photonic crystal spheres for reflecting light of the remaining wavelength except the predetermined wavelength in order to transmit a predetermined wavelength There is this.

상기 칼라 필터는 적색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 적색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터부와, 녹색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 녹색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키 는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터부 및 청색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 청색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터부를 포함하여 이루어짐에 특징이 있다.The color filter may include a first filter part formed of photonic crystal spheres that reflect light having a wavelength other than the light having a red wavelength to transmit light having a red wavelength, and light having the green wavelength to transmit light having a green wavelength. A second filter part formed of photonic crystal spheres reflecting light of the excluded wavelength and a third filter part formed of photonic crystal spheres reflecting light of the wavelength except the light of the blue wavelength to transmit light having a blue wavelength; There is a characteristic in being made.

상기 제 1 필터부는 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층과, 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층이 서로 적층되어 이루어짐에 특징이 있다.The first filter part is characterized in that the first filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of blue wavelength and the second filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of green wavelength are stacked on each other.

상기 제 2 필터부는 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층과, 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층이 서로 적층되어 이루어짐에 특징이 있다.The second filter part is characterized in that the first filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of blue wavelength and the third filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of red wavelength are stacked on each other.

상기 제 3 필터부는 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층과, 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층이 서로 적층되어 이루어짐에 특징이 있다.The third filter part is characterized in that the second filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of green wavelength and the third filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of red wavelength are stacked on each other.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투과형 액정 표시 장치는 서로 대향되는 상하부 기판과, 상기 하부 기판 상에 서로 교차하여 형성되어 복수개의 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인의 각 교차부에 형성된 복수개의 박막 트랜지스터와, 상기 복수개의 화소 영역 각각에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 형성된 복수개의 화소 전극과, 상기 상부 기판 상에 상기 각 박막 트랜지스터를 가리도록 형성된 차광층과, 상기 화소 전극에 대응하여 상기 차광층을 포함한 상부 기판 상에 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 이루어진 필터부를 각 소정 파장별로 순차적으로 구비한 칼라 필터와, 상기 차광층 및 칼라 필터를 포함한 상부 기판 전면에 형성된 공통 전극 및 상기 상하부 기판 사이에 액정층을 포함하여 이루어짐에 특징이 있다.In addition, a transmissive liquid crystal display device of the present invention for achieving the same object, the upper and lower substrates facing each other, a plurality of gate lines and data lines formed to cross each other on the lower substrate to define a plurality of pixel regions, and A plurality of thin film transistors formed at respective intersections of the plurality of gate lines and data lines, a plurality of pixel electrodes formed to be electrically connected to the thin film transistors in each of the plurality of pixel regions, and each of the thin film transistors on the upper substrate. A color having a light blocking layer formed so as to cover the light emitting layer, and a filter unit consisting of photonic crystal spheres reflecting light having a wavelength other than a predetermined wavelength on the upper substrate including the light blocking layer in correspondence to the pixel electrode. A filter, and an upper portion including the light shielding layer and the color filter The liquid crystal layer is formed between the common electrode formed on the front surface of the substrate and the upper and lower substrates.

상기 상부 기판의 배면에 ARC(Anti Reflective Coating)층을 더 구비한 것에 특징이 있다.An ARC (Anti Reflective Coating) layer is further provided on the rear surface of the upper substrate.

상기 칼라 필터는 적색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 적색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터부와, 녹색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 녹색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터부 및 청색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 청색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터부를 포함하여 이루어짐에 특징이 있다.The color filter may include a first filter part formed of photonic crystal spheres that reflect light having a wavelength other than the light having a red wavelength to transmit light having a red wavelength, and light having the green wavelength to transmit light having a green wavelength. And a second filter portion formed of photonic crystal spheres reflecting light of the excluded wavelength and a third filter portion formed of photonic crystal spheres reflecting light of the wavelength except the blue wavelength light to transmit light having a blue wavelength. It is characterized by.

상기 제 1, 제 2 및 제 3 필터부는 각각의 화소에 대응되어 순차적으로 형성됨에 특징이 있다.The first, second and third filter parts may be sequentially formed corresponding to each pixel.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 칼라 필터 및 이를 이용한 투과형 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a color filter and a transmissive liquid crystal display using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 투과형 액정 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도이다.3 is a plan view illustrating a transmissive liquid crystal display of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 3.

도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 투과형 액정 표시 장치는 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판(30)과, 각 투과시키는 파장별 광 결정구들을 구비한 칼라 필터(42)가 형성되는 상부 기판(40) 및 상하부 기판(30, 40) 사이에 충진되는 액정층(50)으로 이루어진다.3 and 4, the transmissive liquid crystal display device of the present invention has a lower substrate 30 in which a TFT array is formed, and an upper substrate in which a color filter 42 having photonic crystal spheres for each wavelength to transmit is formed. 40 and a liquid crystal layer 50 filled between the upper and lower substrates 30 and 40.

상기 하부 기판(30)에는 게이트 전극(31a)이 돌출되어 형성된 게이트 라인(31)과, 이와 수직으로 교차하며 소오스/드레인 전극(32a, 32b)이 형성되는 데 이터 라인(32)과, 상기 게이트 라인(31) 및 데이터 라인(32)으로 정의되는 화소 영역에 화소 전극(33)을 구비하여 형성된다. 여기서, 상기 게이트 전극(31a) 상부에는 채널 영역이 정의된 반도체층(34)이 형성되며, 상기 반도체층(34)의 채널 영역 양측과 연결되는 소오스/드레인 전극(32a, 32b)이 형성된다.The lower substrate 30 has a gate line 31 formed by protruding a gate electrode 31a, a data line 32 perpendicularly intersecting with the gate line 31a, and source / drain electrodes 32a and 32b formed thereon, and the gate. The pixel electrode 33 is formed in the pixel area defined by the line 31 and the data line 32. Here, a semiconductor layer 34 having a channel region defined thereon is formed on the gate electrode 31a, and source / drain electrodes 32a and 32b connected to both sides of the channel region of the semiconductor layer 34 are formed.

도 5와 같이, 상기 게이트 전극(31a) 및 게이트 라인(31)을 포함한 하부 기판(30) 전면에 게이트 절연막(35)을 형성시켜, 상기 반도체층(34)과 게이트 전극(31a)을 절연시킨다. As shown in FIG. 5, the gate insulating layer 35 is formed over the lower substrate 30 including the gate electrode 31a and the gate line 31 to insulate the semiconductor layer 34 from the gate electrode 31a. .

또한, 상기 소오스/드레인 전극(32a, 32b) 및 데이터 라인(32)을 포함한 하부 기판(30) 전면에 보호막(36)을 형성시키고, 상기 드레인 전극(32b)의 소정 부분이 노출되도록 접속홀을 형성하여, 이어 형성되는 화소 전극(33)과 상기 드레인 전극(32b)이 전기적으로 연결되도록 한다.In addition, a passivation layer 36 is formed on the entire surface of the lower substrate 30 including the source / drain electrodes 32a and 32b and the data line 32, and the connection hole is exposed to expose a predetermined portion of the drain electrode 32b. The pixel electrode 33 and the drain electrode 32b are formed to be electrically connected to each other.

여기서, 상기 게이트 절연막(35)과 상기 보호막(36)의 성분은 SiOx, SiNx 등의 무기 절연막 또는 포토 아크릴(PhotoAcryl) 또는 BCB(BenzoCycloButene), 폴리아미드(Polyamide) 화합물 등의 유전율이 낮은 유기 절연막 모두 형성 가능하다.The gate insulating layer 35 and the protective layer 36 may be formed of an inorganic insulating layer such as SiOx or SiNx, or an organic insulating layer having a low dielectric constant such as photoacryl or BCB (BenzoCycloButene) or polyamide compound. It is possible to form.

그리고, 상기 상부 기판(40)에는 상기 화소 이외의 영역을 가리는 차광층(41)과, 상기 화소 전극(43)에 대응되는 칼라 필터(42)와, 상기 칼라 필터(42)를 포함한 상부 기판(40)에 전면에 형성된 공통 전극(43)을 포함하여 이루어진다.The upper substrate 40 includes a light blocking layer 41 covering an area other than the pixel, a color filter 42 corresponding to the pixel electrode 43, and an upper substrate including the color filter 42 ( The common electrode 43 is formed on the front surface 40.

그리고, 상하부 기판(30, 40)의 사이에는 액정층(50)이 형성된다.The liquid crystal layer 50 is formed between the upper and lower substrates 30 and 40.

이하, 본 발명의 투과형 표시 장치에 이용되는 칼라 필터에 대해 자세히 설 명한다.Hereinafter, the color filter used for the transmissive display device of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 칼라 필터층을 개략적으로 나타낸 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view of the color filter layer of the present invention.

도 5와 같이, 본 발명의 칼라 필터(42)는 R, G, B 광을 반사시키는 제 1, 제 2 및 제 3 필터부(42a, 42b, 42c)로 구성된다. 상기 칼라 필터(42)의 제 1, 제 2 및 제 3 칼라 필터부(42a, 42b, 42c)는 상기 화소 전극(도 3 및 도 4의 33)에 대응되어 순차적으로 형성된다.As shown in FIG. 5, the color filter 42 of this invention is comprised by the 1st, 2nd, and 3rd filter parts 42a, 42b, 42c which reflect R, G, B light. The first, second and third color filter parts 42a, 42b and 42c of the color filter 42 are sequentially formed corresponding to the pixel electrodes 33 of FIGS. 3 and 4.

상기 제 1 필터부(42a)는 각각 적색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 적색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구(Photonic Crystal ball)들로 형성되며, 상기 제 2 필터부(42b)는 녹색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 녹색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성되며, 상기 제 3 필터부(42c)는 청색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 상기 청색 파장의 광을 제외한 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된다.The first filter part 42a may be formed of photonic crystal balls reflecting light having a wavelength other than that of the red wavelength to transmit light having a red wavelength, respectively. 42b) is formed of photonic crystal spheres that reflect light having a wavelength other than that of the green wavelength for transmission of light having a green wavelength, and the third filter portion 42c has the blue color for transmission of light having a blue wavelength. It is formed of photonic crystal spheres that reflect light of a wavelength except light of a wavelength.

좀 더 자세히 살펴보면, 상기 제 1 필터부(42a)는 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층(401)과, 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층(402)이 서로 적층되어 형성된다.In more detail, the first filter part 42a may include a first filter layer 401 formed of photonic crystal spheres reflecting light having a blue wavelength, and a second filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light having a green wavelength ( 402 are stacked on each other.

상기 제 2 필터부(42b)도 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층(401)과, 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층(403)이 서로 적층되어 형성된다.The second filter part 42b is also laminated with a first filter layer 401 formed of photonic crystal spheres reflecting light of blue wavelength and a third filter layer 403 formed of photonic crystal spheres reflecting light of red wavelength. It is formed.

상기 제 3 필터부(42c)도 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층(402)과, 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층(403)이 서로 적층되어 형성된다.The third filter part 42c also includes a second filter layer 402 formed of photonic crystal spheres reflecting light of a green wavelength and a third filter layer 403 formed of photonic crystal spheres reflecting light of a red wavelength. It is formed.

여기서, 각 필터층(401 ~403)들은 내부의 광 결정구들이 각 필터층(401~403)에서 고정되어 패킹(packing)되도록 광 결정구들 사이사이에 점성을 갖는 레진(resin)을 혼합하여 형성한다. Here, each of the filter layers 401 to 403 is formed by mixing a resin having viscosity between the photonic crystal spheres so that the photonic crystal spheres are fixed and packed in the respective filter layers 401 to 403.

이 때, 각 필터부(42a, 42b, 42c)에서 각각 2개의 필터층으로 이루어진 상기 칼라 필터(42)는 일반적인 칼라 필터 형성하는 방법과 같이, 각각 상기 차광층(41)을 포함한 상부 기판(40) 전면에 소정 색을 반사시키는 광 결정구로 이루어진 필터층을 형성한 후, 투과시키고자 하는 필터부에 상응한 부위에서는 제거하고, 나머지 필터부에 상응한는 부위에 대해서는 남기는 방식으로 형성한다.In this case, each of the color filters 42 each having two filter layers in each of the filter units 42a, 42b, and 42c has a top substrate 40 including the light blocking layer 41, as in the general color filter forming method. After forming a filter layer made of photonic crystal spheres reflecting a predetermined color on the entire surface, it is removed in a portion corresponding to the filter portion to be transmitted, and is formed in such a manner as to leave a portion corresponding to the remaining filter portion.

즉, 청색 광을 반사시키는 광 결정구로 이루어진 제 1 필터층(401)을 상기 차광층(41)을 포함한 상부 기판(40) 전면에 형성한 후, 제 3 필터부(42c)를 제외한 나머지 영역에 상기 제 1 필터층(401)을 남기고, 이어, 녹색 광을 반사시키는 광 결정구로 이루어진 제 2 필터층(402)을 상기 상부 기판(40) 전면에 형성한 후, 제 2 필터부(42b)를 제외한 나머지 영역에 상기 제 2 필터층(402)을 남기고, 이어, 청색 광을 반사시키는 광 결정구로 이루어진 제 3 필터층(403)을 상기 상부 기판(40) 전면에 형성한 후, 제 1 필터부(42a)를 제외한 나머지 영역에 상기 제 3 필터층(403)을 남기는 방식으로 형성한다.That is, after forming the first filter layer 401 made of photonic crystals reflecting blue light on the entire surface of the upper substrate 40 including the light shielding layer 41, the first filter layer 401 is formed in the remaining region except for the third filter portion 42c. After leaving the first filter layer 401, a second filter layer 402 made of photonic crystal spheres reflecting green light is formed on the entire surface of the upper substrate 40, and then the remaining region except for the second filter portion 42b. After leaving the second filter layer 402, a third filter layer 403 made of photonic crystal spheres reflecting blue light is formed on the entire surface of the upper substrate 40, and then, except for the first filter portion 42a. The third filter layer 403 is formed in the remaining area.

상기 2층의 필터층으로 이루어진 칼라 필터 형성시 각 필터부(42a, 42b, 42c)를 가리는 마스크가 요구되며, 이러한 방식으로 본 발명의 칼라 필터 제조시 3개의 마스크로 칼라 필터를 형성할 수 있다.When forming a color filter composed of the two-layer filter layer, a mask covering each filter part 42a, 42b, and 42c is required. In this way, a color filter may be formed by using three masks when manufacturing the color filter of the present invention.

여기서, 상기 칼라 필터(42)는 각 필터부(42a, 42b, 42c)의 2층의 필터층을 상하 반전시켜 형성할 수도 있다. 본 발명의 칼라 필터(42)는 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키는 광 결정구로 이루어진 서로 다른 필터층(401, 402 또는 401, 403 또는 402, 403)이 동일한 영역에 오버랩되어 형성되어 소정 파장의 광을 투과시키는 것이 주요 개념으로, 소정 파장을 반사시키는 필터층들의 상하 위치는 그다지 문제되지 않는다.The color filter 42 may be formed by vertically inverting two layers of the filter layers 42a, 42b, and 42c. The color filter 42 of the present invention is formed by overlapping different filter layers 401, 402 or 401, 403 or 402, 403 made of photonic crystal spheres reflecting light having a wavelength other than a predetermined wavelength in a predetermined wavelength. The main concept is to transmit the light of?, And the vertical position of the filter layers reflecting the predetermined wavelength is not so much a problem.

상기 각 필터부(42a, 42b, 42c)의 광 결정구는 소정 파장의 광 밴드갭(Photonic Bandgap)을 가진 복수개의 나노 파티클(nano particle)이 격자 형태로 이루어져 상기 나노 파티클의 크기를 조정하여 반사시키는 파장 영역을 결정할 수 있다.The photonic crystal sphere of each of the filter units 42a, 42b, and 42c is formed of a plurality of nanoparticles having a photonic bandgap having a predetermined wavelength in the form of a lattice to adjust and reflect the size of the nanoparticles. The wavelength range can be determined.

이러한 광 결정구는 칼라 필터의 안료를 대체하는 물질이며, 소정 파장의 광만을 반사시키고, 나머지 파장의 광에 대해서는 투과시켜 빛의 효율을 높일 수 있는 특성을 갖는다.The photonic crystal sphere is a material that replaces the pigment of the color filter, and has a characteristic that can reflect only the light of a predetermined wavelength, and transmit the light of the remaining wavelength to increase the efficiency of light.

즉, 상기와 같이 형성된 칼라 필터(42)는, 액정 패널 하부에 위치한 백 라이트로부터 출사된 광을 각 필터부(42a, 42b, 42c)별로 형성된 2층의 필터층에서 소정 파장을 제외한 나머지 광을 반사시키는 광 결정구의 패킹으로 소정 파장을 제외한 나머지 파장의 광을 반사시키고, 상기 소정 파장만을 투과시키므로, 상기 소정 파장에 대하여는 백 라이트의 광량을 그대로 이용하기 때문에, 백 라이트의 효율을 최대화할 수 있게 된다.That is, the color filter 42 formed as described above reflects the light emitted from the backlight located under the liquid crystal panel to reflect the remaining light except for the predetermined wavelength in the two filter layers formed for each of the filter units 42a, 42b, and 42c. Since the light of the remaining wavelengths except for the predetermined wavelength is reflected by the packing of the photonic crystal sphere and transmits only the predetermined wavelength, the light quantity of the backlight is used for the predetermined wavelength as it is, thereby maximizing the efficiency of the backlight. .

또한, 상기 칼라 필터(42)의 각 필터부의 광 결정구를 통해 반사되는 광은 나머지 필터부에서 이용될 수 있어, 백 라이트의 출사 광은 거의 손실없이 이용된 다.Further, the light reflected through the light crystal ball of each filter portion of the color filter 42 can be used in the remaining filter portion, so that the outgoing light of the backlight is used almost without loss.

상기 상부 기판(40)의 배면에는 ARC(Anti Reflective Coating)층을 더 구비하여 상기 칼라 필터(42) 내에 구(ball) 형으로 형성된 상기 광 결정구들이 외부광을 파장별로 반사시키는 현상을 방지한다.An anti-reflective coating (ARC) layer is further provided on the rear surface of the upper substrate 40 to prevent the photonic crystal spheres formed in a ball shape in the color filter 42 from reflecting external light for each wavelength. .

한편, 상기 칼라 필터(42)는 도 5에서는 상부 기판(40)에 형성된 것으로 개시되어 있지만, 경우에 따라 하부 기판(40) 상에 형성할 수도 있다.Meanwhile, although the color filter 42 is disclosed as being formed on the upper substrate 40 in FIG. 5, it may be formed on the lower substrate 40 in some cases.

상술한 본 발명의 칼라 필터는 액정 표시 장치만이 아니라, 내부 광원을 갖는 모든 표시 장치에 응용될 수 있는 것으로, 내부 광원으로부터 출사된 광원을 선택 파장에 대해 최적으로 이용할 수 있다. The color filter of the present invention described above can be applied not only to a liquid crystal display device but also to all display devices having an internal light source, and the light source emitted from the internal light source can be optimally used for the selected wavelength.

상기와 같은 본 발명의 칼라 필터 및 이를 이용한 투과형 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The color filter of the present invention as described above and a transmissive liquid crystal display using the same have the following effects.

소정 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 나노 계열의 광 결정구의 특성을 이용하여 출사시키기 원하는 광을 제외한 나머지 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 광 결정구로 이루어진 필터부를 각 파장별로 구비한 칼라 필터를 형성함으로써, 원하는 파장에 대하여 백 라이트로부터 출사된 광량을 100% 사용할 수 있어, 광 효율성을 향상시킬 수 있다.By forming a color filter having a filter unit composed of photonic crystal spheres for selectively reflecting light of the remaining wavelengths except for the light to be emitted by using the characteristics of the nano-based photonic crystal spheres that selectively reflects light of a predetermined wavelength. The amount of light emitted from the backlight with respect to the desired wavelength can be used 100%, thereby improving the light efficiency.

Claims (9)

적색 파장을 갖는 광의 투과를 위해, 녹색 및 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터부;A first filter part formed of photonic crystal spheres reflecting light of green and blue wavelengths to transmit light having a red wavelength; 녹색 파장을 갖는 광의 투과를 위해, 청색 및 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터부; 및A second filter part formed of photonic crystal spheres for reflecting light of blue and red wavelengths to transmit light having a green wavelength; And 청색 파장을 갖는 광의 투과를 위해, 적색 및 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 필터.And a third filter part formed of photonic crystal spheres for reflecting light of red and green wavelengths for the transmission of light having a blue wavelength. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 필터부는 상기 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층과, 상기 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층이 서로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 필터.The first filter unit is formed by stacking a first filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the blue wavelength and a second filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the green wavelength. . 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 필터부는 상기 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터층과, 상기 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층이 서로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 필터.The second filter unit is formed by stacking a first filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the blue wavelength and a third filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the red wavelength. . 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3 필터부는 상기 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터층과, 상기 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터층이 서로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 칼라 필터.The third filter unit is a color filter, wherein a second filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the green wavelength and a third filter layer formed of photonic crystal spheres reflecting light of the red wavelength are stacked on each other. . 서로 대향되는 상하부 기판;Upper and lower substrates opposed to each other; 상기 하부 기판 상에 서로 교차하여 형성되어 복수개의 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인;A plurality of gate lines and data lines formed on the lower substrate to cross each other to define a plurality of pixel regions; 상기 복수개의 게이트 라인 및 데이터 라인의 각 교차부에 형성된 복수개의 박막 트랜지스터;A plurality of thin film transistors formed at intersections of the plurality of gate lines and data lines; 상기 복수개의 화소 영역 각각에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 형성된 복수개의 화소 전극;A plurality of pixel electrodes electrically connected to the thin film transistors in each of the plurality of pixel regions; 상기 상부 기판 상에 상기 각 박막 트랜지스터를 가리도록 형성된 차광층;A light blocking layer formed on the upper substrate to cover the thin film transistors; 상기 각 화소 전극에 순차적으로 대응되어, 상기 차광층을 포함한 상부 기판 상에, 적색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 녹색 및 청색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 1 필터부와, 녹색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 청색 및 적색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 2 필터부 및 청색 파장을 갖는 광의 투과를 위해 적색 및 녹색 파장의 광을 반사시키는 광 결정구들로 형성된 제 3 필터부를 포함하여 이루어진 칼라 필터; A first filter portion formed of photonic crystal spheres corresponding to the pixel electrodes sequentially and reflecting light of green and blue wavelengths to transmit light having a red wavelength on the upper substrate including the light blocking layer; A second filter portion formed of photonic crystal spheres reflecting light of blue and red wavelengths for the transmission of light having a second wavelength and a third filter formed of photonic crystal spheres reflecting light of red and green wavelengths for transmission of light having a blue wavelength A color filter comprising a portion; 상기 차광층 및 칼라 필터를 포함한 상부 기판 전면에 형성된 공통 전극; 및A common electrode formed on an entire surface of the upper substrate including the light blocking layer and the color filter; And 상기 상하부 기판 사이에 액정층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 투과형 액정 표시 장치.A transmissive liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer between the upper and lower substrates. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 상부 기판의 배면에 ARC(Anti Reflective Coating)층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 투과형 액정 표시 장치.A transmissive liquid crystal display device further comprising an anti-reflective coating (ARC) layer on a rear surface of the upper substrate. 삭제delete 삭제delete
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